Впервые ученым удалось успешно измерить квантовое состояние электронов, испускаемых атомами, поглотившими высокоэнергетические световые импульсы. Этот прорыв стал возможен благодаря новому методу измерения, разработанному учеными Лундского университета (Швеция). Их открытия позволяют лучше понять, как свет взаимодействует с материей.
Секреты электронов раскрыты с помощью света
Когда ультрафиолетовое или рентгеновское излучение попадает на атом, оно может выбить электрон — явление, называемое фотоэлектрическим эффектом. Измеряя энергию такого электрона, ученые узнают больше о самом атоме. Это основа фотоэлектронной спектроскопии.
Однако электроны — не простые частицы. Это квантовые объекты, обладающие свойствами как частиц, так и волн. Их поведение можно понять, только применив правила квантовой механики.
Ученые из Лундского университета разработали новый метод, который впервые позволяет измерить квантовое состояние электронов. Это похоже на сканирование мозга с помощью компьютерного томографа — собирается множество двумерных «картинок» с разных ракурсов, и реконструируется трехмерное изображение.
Новый взгляд на секреты электронов
Более века назад Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, открытие которого легло в основу квантовой механики. Позднее ученый Кай Зигбан разработал метод изучения расположения электронов в атомах, за что в 1981 году был удостоен Нобелевской премии. получил Нобелевскую премию. Однако до сих пор были изучены только простые, классические свойства электронов.
Теперь ученым впервые удалось раскрыть и квантовые свойства электронов. Этот прорыв не только расширит границы фотоэлектронной спектроскопии, но и поможет нам лучше понять, как материалы реагируют на свет — от атмосферных процессов до солнечных элементов или фотосинтеза растений.
Значимость открытия
Ученые вступают во вторую квантовую революцию — эпоху, в которой предпринимаются попытки контролировать отдельные квантовые объекты, такие как фотоэлектроны, и использовать их свойства в практических целях.
Новый метод ученых открывает новые возможности для анализа материалов — позволяет выявить их структуру и наблюдать, как они реагируют при выбивании электрона. Это может помочь в разработке современных материалов или в лучшем понимании процессов, происходящих в системах, подвергающихся воздействию света.
Самым большим сюрпризом стало то, что этот сложный метод сработал. Предыдущие попытки измерить квантовые состояния электронов часто терпели неудачу из-за малейших возмущений, но на этот раз удалось добиться невероятной стабильности.
Этот прорыв позволяет нам глубже заглянуть на границу между квантовым и повседневным мирами.
Электроны и атомы подчиняются квантовым правилам, которые отличаются от тех, с которыми мы знакомы.
Однако когда много квантовых частиц собираются вместе, они начинают мешать друг другу, и квантовые свойства как бы «исчезают» — это явление называется декогеренцией.
Новый метод может в будущем помочь наблюдать, как электроны переходят из квантового состояния в классическое, открывая еще больше возможностей для квантовых технологий.